DD215129A1

DD215129A1 - Leistungsgeregelte druckspeichersysteme fuer hydraulische antriebe

Info

Publication number: DD215129A1
Application number: DD25085383A
Authority: DD
Inventors: Helmut Kempf; Juergen Siegel; Michael Zech
Original assignee: Orsta Hydraulik Veb K
Priority date: 1983-05-12
Filing date: 1983-05-12
Publication date: 1984-10-31

Abstract

Die Erfindung betrifft leistungsgeregelte Druckspeichersysteme fuer hydraulische Antriebe, bei denen die Zuschaltung einer oder mehrerer Pumpen zur Aufladung der Druckspeicher abhaengig von der Gesamtleistung erfolgt. Ziel ist es, bei zufaelligen und regelmaessigen hydraulischen Prozessen die im Moment nicht benoetigte installierte Antriebsleistung zu speichern und fuer Leistungsspitzen, ohne zusaetzlichen Energieverbrauch, nutzbar zu machen. Als Aufgabe ist ein Schaltungsprinzip zu schaffen, das, abhaengig von der Gesamtleistungsaufnahme des Elektromotors, eine anteilige Aufladung der Druckspeicher ermoeglicht, wenn eine Teilleistung vom Hauptantrieb nicht benoetigt wird, der Druckspeicher seine maximale Fuellung noch nicht erreicht hat und das auch in stochastischen Prozessen einsetzbar ist. Diese wird dadurch geloest, dass von einer Druckleitung einer Konstantpumpe des Hauptkreislaufes eine Steuerleitung ueber eine hydraulische Stelleinheit zu einem Druckschaltventil fuehrt, wobei das Druckschaltventil einerseits mit einer Konstantpumpe zur Speicherfuellung und dem Tank und andererseits ueber ein weiteres Druckschaltventil mit dem Druckspeicher verbindbar ist.

Description

Leistungsgeregelte Druckspeichersysteme für hydraulische Antriebe

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft leistungsgeregelte Druckspeiehersysteme für hydraulische Antriebe, bei denen die Zuschaltung einer oder mehrerer Pumpen zur Aufladung der Druckspeicher abhängig von der Gesamtantriebsleistung erfolgt, wobei eine oder mehrere Pumpen des hydraulischen Hauptkreislaufes und eine oder mehrere Pumpen zur Füllung der Druckspeicher durch einen gemeinsamen Elektromotor angetrieben werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt sind Systeme zur Aufladung der Druckspeicher durch einen separaten Antrieb, bestehend aus Ladepumpe und Elektromotor oder durch die Systempumpen, wenn diese im Arbeitsprozeß nicht benötigt werden.

Die Inbetriebnahme bzw. Zuschaltung der Ladepumpe wird durch den Füllstand des Druckspeichers bestimmt, indem die Ladepumpe abhängig vom Druckabfall entsprechend der Gaskompressibilität oder durch direkte Messung der Veränderung des Füllvolumens, insbesondere bei Kolbenspeichern, zugeschaltet wird. Beim Aufladen des Druckspeichers durch die Systempumpen ist die Zuschaltung außerdem noch vom Zyklus des Hydrauliksystems abhängig.

12NIA11983*089507

Diese bekannten Systeme erfordern damit zusätzlich installiert© Elektromotoren bzw. Motor© mit höherer Antriebsleistung als für den Hauptantrieb, oder sie sind nur in Zyklen mit feststehenden Paws©m einsetzbar«»

Ziel der Erfindimg

Das Ziel der Erfindung besteht darin_s die im Moment nicht benötigte installierte Antriebsleistung bei zufälligen und regelmäßigen hydraulischen Prozessen zu speichern und somit für Leistungsspitzen nutzbar zu machen, ohne zusätzliche Motore bzw« Motore mit höherer Antriebsleistung einzusetzen und damit Energie einzusparen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Bs ist Aufgabe der Erfindung, ein Schaltungsprinzip zu schaffen, das abhängig von der Gesamtleistungsaufnahme des Elektromotors ein© anteilige Aufladung der Druckspeicher ermöglicht, wenn die erforderliche Teilleistung vom Hauptantrieb nicht benötigt wird und der Druckspeicher sein® maximale Füllung noch nicht erreicht hat, und das auch in stochastisch«» Prozessen einsetzbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß von einer Druckleitung einer Konstantpumpe des Hauptkreislaufes ein® Steuerleitung über eine hydraulische Stelleinheit zu einem Druckschalter entil, dem eine FederStelleinheit zugeordnet ist, führtj wobei das Druckschaltventil einerseits mit einer Konstantpumpe zur Speicherfüllung und dem Tank und andererseits über ein weiteres Druckschaltventil mit dem Druckspeicher verbindbar ist. Ein© weitere vorteilhafte Anordnung besteht darin_s daß ein© hydraulische Stelleiaheit einer Hegelpumpe zur Speicherfüllttag über eis,® Steuerleitung mit der Druckleitung der Konstantpumpe des Hauptkreislaufes verbunden ist«

weiteres vorteilhaftes Schaltungsprinzip besteht darin, daß von der Druckleitung der Konstantpumpe des Hauptkreislaufes eine Steuerleitung über einen Druck/Spannungswandler, einen Verstärker, einen Trigger, einen lorschalter und einen Schaltverstärker mit einer Magnetstelleinheit eines Wegeventils, über welches eine Verbindung mit der Konstantpumpe und dem Druckspeicher bzw· dem Tank besteht, verbunden ist.

Eine weitere vorteilhafte Anordnung besteht darin, daß vom Elektromotor eine Meßwertleitung über einen Strom/Spannungswandler und einen Verstärker zu einer Pumpenstelleinheit mit Servomotor einer Hegelpumpe zur Speicherfüllung führt und daß eine zweite Meßwertleitung eines Füllungsgradmeßsystems, das am Trennkolben eines Kolbenspeichers angeordnet ist, über einen Füllstands/Spannungswandler und einen Verstärker ebenfalls zu der Pumpenstelleinheit mit Servomotor führt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll anhand von vier Beispielen näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen»

Fig. 1 das Schaltschema einer vollhydraulischen

Regelung mit einer zweiströmigen Kon-

.

stantpumpe, Fig. 2 das Schema einer vollhydraulischen Hege-

lung mit einer Konstant- und einer Begel-

pumpe, Fig. 3 elektrisch gesteuert mit einer zweiströ-

migen Konstantpumpe, Fig. 4 elektrisch gesteuert mit einer Konstant-

und einer Hegelpumpe

Fig. 1 bis 4 zeigen den schaltungstechnischen Aufbau in seinen wesentlichen Teilen; auf die Darstellung der Schal-

tung bezüglich der Druekspeicher-Sicherheitsschaltungj der Sicherheitsventile der Pumpen.;, des sonstigen Zubehörs u. a. Details wurde zur Wahrung der Übersichtlichkeit verzichtet.

fig. 1 zeigt ein Antriebssystem mit einer zweiströmigen Konstantpumpe 2? 3, die gemeinsam durch den Elektromotor 1 angetrieben werden. Die Konstantpumpe 2 dient dem direkten Antrieb eines hydraulischen Motors 9» Di© Konstantpumpe 3 dient als Mllpumpe für den Druckspeicher 7, von dem in Abhängigkeit eines technologischen Prozesses ein Zusatzölström dem hydraulisch®}! Motor 9 zugeschaltet wird, um z. B. eine Silgangsbewegung au realisieren.

In der gezeichneten Ausgangsstellung fördert beim Anschalten des Elektromotors 1 die Konstantpumpe 2 durch eine Druckleitung 2.1 über ein Wegeventil 8 frei zum Tank 13. Di© Konstantpumpe 3 fördert Über Drückschaltventile 4 und 5 und füllt den Druckspeicher 7. Bin© hydraulische Stelleinheit 5»1 am Druckschaltventil 5 ist über eine Steuerleitung 5·3 ¹^i"^ dem Druckspeicher 7 verbunden. Eine am Druckschaltventil 5 angeordnete Federstelleinheit 5»2 wird so eingestellt, daß das Druckschaltventil 5 aus der Schaltstellung I in die Schaltstellung II schaltet_s wenn der Druckspeicher 7 den vorgesehenen Eülldruck erreicht hat. Der hydraulische Motor 9 wird durch das Schalten des Wegeventils 8 aus der Schaltstellung Ö in die Schaltstellung I bzw. II mit dem ölstrom der Konstantpumpe 2 beaufschlagt und somit in Betrieb genommen» Der sich an der Konstantpumpe 2 abhängig von der Belastung des hydraulischen Motors 9 aufbauende hydraulische Druck liegt über eine, Steuerleitung 4*3 an einer hydraulischen Stelleinheit 4.1 des Druckschal tventils 4 an« Eine am Druckschaltventil 4 angeordnete Federstelleinheit 4»2 ist so eingestellt, daß das Druckschaltventil 4 aus der Schaltstellung I in die Schaltstellung II schaltet, wenn die !Belastung am hydraulischen Motor 9 soweit angestiegen ist, daß die Summe der hydraulischen Leistungen gua Antrieb des Motors 9 und zum Füllen des

Druckspeichers 7 die Antriebsleistung des Elektromotors 1 erreicht hat. Nach dem Umschalten fördert die Konstantpumpe 3 über das Druckschaltventil 4 frei zum Tank 13, und die Antriebsleistung des Elektromotors 1 ist bei einem weiteren Belastungsanstieg am hydraulischen Motor 9 ausreichend. Das im Druckspeicher 7 gespeicherte öl kann durch Schalten eines Wegeventils 6 aus der Schaltstellung 0 in die Schaltstellung I zum Antrieb des hydraulischen Motors 9 zugeschaltet werden. Der ölstrom aus dem Druckspeicher 7 wird durch ein Stromventil 10 dosiert. Rückschlagventile 11} 12 verhindern das ungewollte Abfließen von Drucköl bzw. die ungewollte gegenseitige Beeinflussung von Teilsystemen.

Fig. 2 zeigt ein Antriebssystem mit der Konstantpumpe 2 und einer Hegelpumpe 14. Der Grundaufbau ist analog dem Hydraulikkreislauf gemäß Fig. 1. In der gezeichneten Ausgangsstellung fördert beim Einschalten des Elektromotors 1 die Eonstantpumpe 2 über das Wegeventil 8 frei zum Tank 13. Die Segelpumpe 14 fördert Über das Druckschaltventil 5 und füllt den Druckspeicher 7. Die Funktion des Druckschaltventils 5 ist analog Fig. 1. Eine hydraulische Stelleinheit 14.1 der Hegelpumpe 14 ist über eine Steuerleitung 14.2 mit der Druckleitung 2.1 der Konstantpumpe 2 verbunden. Die hydraulische Stelleinheit 14.1 ist so ausgeführt, daß im drucklosen Zustand der Konstantpumpe 2 die Hegelpumpe 14 ihren maximalen ölstrom fördert. Bei Belastung des hydraulischen Motors 9 analog der Fig. 1 wird die Stelleinheit 14.1 der Regelpumpe 14 durch den sich aufbauenden Druck stufenlos so vermindert, daß die Summe der durch die Konstantpumpe 2 und die Hegelpumpe 14 abzugebenden hydraulischen Leistung die maximale Leistung des Elektromotors 1 nicht überschreitet. Die Funktion des Druckspeichers 7, der Wegeventile 6; 8, des Stromventils 10 sowie der .Rückschlagventile 11; 12 sind wiederum analog der Beschreibung gemäß Fig. 1.

Fig. 3 zeigt ein Antriebssystem mit einer zweistimmigen Konstantpumpe analog der Fig. 1; der Unterschied besteht jedoch darin, daß die Hegelgrößen hydraulisch erfaßt und in elektrische umgesetzt werden. In der gezeigten Ausgangsstellung fördert die Konstantpumpe 2 über das Wegeventil 8 zum Tank 13« Die Konstantpumpe 3 fördert über ein Wegeventil 15 und füllt den Druckspeicher 7· Aufgabe und Funktion des Wegeventils 15 ist analog des Druckschaltventils 5 gemäß Figo 1. Die Druckleitung 2.1 der Konstantpumpe 2 ist über eine Steuerleitung 16.3 ^* einem Druck/Spannungswandler 16.1 verbunden, der in seiner einfachsten Ausführung ein elektro«-hydraulischer Druckschalter sein kann. Der Druckspeicher 7 is* ü.ber eine Steuerleitung 16.4 ebenfalls mit einem Druck/Spannungswandler 16.2 verbunden. Die elektrischen Ausgangswerte der Druck/Spannungswandler 16.1; 16.2 werden in Verstärkern 1-7.1J 17.2 verstärkt und Triggern 18.1 § 18.2 zugeleitet. Diese Trigger dienen der Festlegung der Schaltpunkte, die in einem Torschalter 19 logisch verknüpft werden und dessen Ausgangssignal einem Schaltverstärker 20 zugeführt wird, der seinerseits eine Magnetstelleinheit 15el des Wegeventils 15 beaufschlagt, so daß das Wegeventil 15 aus der Schaltstellung I in die Schaltstellung II schaltet. Die Konstantpumpe 3 fördert damit frei zum Tank 13. Die Schaltpunkte der Trigger 18.1} 18.2 werden entsprechend der geforderten hydraulischen Parameter sowie der maximalen Antriebsleistung des Elektromotors 1 so festgelegt, daß die Summe der hydraulischen Leistung der Konstantpumpen 2; 3 die maximale Antriebsleistung des Elektromotors 1 nicht überschreitet. DieFunktion des Druckspeichers 7s der Wegeventile 6; 8, des Stromventils 10 sowie der Bückschlagventile 11; 12 ist wieder analog der Fig. 1.

Die Fig» 4 zeigt ein Antriebssystern mit einer Konstant- und einer Regelpump®<» Im Unterschied zur Fig. 3 wird als Regelgröße die Stromaufnahme des Elektromotors 1 sowie mechanisch der Püllungsgrad eines Kolbenspeichers 21 er-

faßt. In der gezeigten Ausgangsstellung fördert die Konstantpumpe 2 über das Wegeventil 8 zum Tank 13. Die Hegelpumpe fördert über das Wegeventil 15 und füllt den Kolbenspeicher 21. Aufgabe und funktion des Wegeventils 15 ist analog des Druckschaltventils 5 in Fig. 1. Die Stromaufnähme des Elektromotors 1 wird meßtechnisch erfaßt und der Meßwert Über eine Meßwertleitung 22.1 zu einem Strom/Spannungswandler 22 geführt* Ein Füllungsgradmeßsystern 21·1 des Kolbenspeichers 21 ist über eine Meßwertleitung 23.1 mit einem Füllstands-Spannungswandler 23 verbunden. Xn der einfachsten Ausführung kann das Füllungsgradmeßsystern 21.1 als eine mit dem Trennkolben 21.2 des Kolbenspeichers 21 verbundene und nach außen geführte Meßstange einen Endschalter betätigen* Die Verstärkung der Ausgangswerte aus dem Füllstands-Spannungswandler 23 und dem Strom/Spannungswandler 22 werden analog gemäß Fig. 3 verarbeitet. Die Stromaufnahme des Elektromotors 1 wird dabei über den Strom/Spannungswandler 22 und den Verstärker 17.1 als proportionale Stellgröße dem Servomotor einer Pumpenstelleinheit 14*3 zugeführt. Seim Erreichen des zulässigen Maximalstromes des Elektromotors 1 wird über den Servomotor 14·3 der Förderstrom der Regelpumpe 14 so vermindert, daß der Maximalstrom nicht überschritten wird. Bei gefülltem Kolbenspeicher 21 führt der Meßwert über den Füllstands-Spannungswandler 23 und den Schaltverstärker 20 zum Schalten der Magnetstelleinheit 15*1 des Wegeventils 15, so daß dieses von der Schaltstellung I in die Schaltstellung II geschaltet wird und somit die Segelpumpe 14 frei zum Tank fördert. Gleichzeitig wird die Pumpenstelleinheit mit Servomotor 14.3 der Hegelpumpe 14 auf ihren kleinsten Förderstrom verstellt. Die Funktion des Kolbenspeichers 21, der Wegeventile 6| 8, des Stromventils 10 sowie der Rückschlagventile 11 $ 12 sind wieder analog der Beschreibung zu Fig.

Claims

8 Erfindungsanspruch

1· Leistungsgeregelte Druckspeichersysterne für hydraulische Antriebe, bei denen die Zuschaltung einer oder mehrerer Pumpen zur Aufladung der Druckspeicher abhängig von der Gesamtantriebsleistung erfolgt, wobei eine oder mehrere Pumpen des hydraulischen Hauptkreislaufes und eine oder mehrere Pumpen zur Füllung der Druckspeicher durch einen gemeinsamen Elektromotor angetrieben werden, gekennzeichnet dadurch, daß von einer Druckleitung (2.1) einer Konstantpumpe (2) des Hauptkreislaufes eine Steuerleitung (4.3) über eine hydraulische Stelleinheit (4.1) zu einem Druckschaltventil (4), dem eine federStelleinheit (4.2) zugeordnet ist, führt, wobei das Druckschaltventil (4) einerseits mit einer Konstantpumpe (3) zur Speicherfüllung und dem Tank (I3) und andererseits über ein Druckschaltventil (5) mit dem Druckspeicher (7) verbindbar ist.

2. Leistungsgeregelte Druckspeichersysteme nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß eine hydraulische Stelleinheit (14.1) einer Regelpumpe (14) zur Speicherfüllung Über eine Steuerleitung (14.2) mit der Druckleitung (2.1) der Konstantpumpe (2) des Hauptkreislaufes verbunden ist.

3· Leistungsgeregelte Druckspeichersysteme nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß von der Druckleitung (2.1) der Konstantpumpe (2) des Hauptkreislaufes eine Steuerleitung (16.3) über einen Druck/Spannungswandler (16.1), einen Verstärker (I7.I), einen Trigger (18.1), einen Torschalter (19) und einen Schaltverstärker (20), mit einer MagnetStelleinheit (15*1) eines Wegeventils (15), über welches eine Verbindung mit der Konstantpufflpe (3) und dem Druckspeicher (7) bzw. dem

Tank (13) besteht, verbunden ist.

4· Leistungsgeregelte Druckspeichersysterne nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß vom Elektromotor (1) eine Btteßwertleitung (22.1) über einen Strom/Spannungswandler (22) und einen Verstärker (17.1) zu einer Pumpenstelleinheit mit Servomotor (14.3) einer Regelpumpe (14) zur Speicherfüllung führt und daß eine zweite Meßwertleitung (23*1) eines Füllungsgradmeßsystems (21.1), das am Trennkolben (21.2) eines Kolbenspeichers (21) angeordnet ist, über einen Füllstands/ Spannungswandler (23) und einen Schaltverstärker (20) ebenfalls zu der Pumpenstelleinheit mit Servomotor (14.3) führt.

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